<form id="1tbf9"><nobr id="1tbf9"></nobr></form>

          <address id="1tbf9"></address>

            <address id="1tbf9"></address>

                    <form id="1tbf9"></form>

                    ./t20170626_516585_taonews.html
                    專題
                    首頁  >  專題  >  媒體視點  >  名刊精選  >  《科學24小時》

                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

                    文章數
                    分享到:

                    太空加油知多少

                    2017-06-26 10:37:00

                    李忠東

                     

                    2016126日,美國宇航局(NASA)宣布正在研制一種可為在軌運行衛星提供燃料的新型航天器——“Restore- L Spacecraft Bus”(簡稱 Restore-L)。它的作用就像一個可移動的“太空加油站”,能夠自主與在低軌道上運行的衛星對接,進行軌道燃料加注,使燃料即將耗盡的衛星延壽,避免過早“油盡燈枯”。 

                    燃料多少決定使用期限

                    一顆人造衛星服役壽命的長短取決于多種因素:一是軌道高度,運行軌道越高,受空氣阻力的影響越小,壽命越長;二是設計壽命,衛星的電源系統、姿態控制系統和通訊系統等互相關聯,無論哪一個系統發生故障都會造成衛星壽命中止;三是意外因素,一旦遇上隕石或太空垃圾撞擊等意外事故,衛星就極有可能立即夭折; 四是攜帶的燃料,隨著技術的不斷成熟,衛星本身元器件的可靠性和性能越來越高,但攜帶的燃料非常有限,直接影響其使用期限。

                    對于人造衛星來說,載荷每多出一點,就要增加額外的火箭燃料才能把它送到相同的軌道。 這不但意味著發射成本更高,而且有可能為了額外的重量而增加助推器或其他結構,大幅增加發射出錯的可能性。因此,將衛星發射到太空必須“斤斤計較”,能省則省。 此外, 雖然衛星上都安裝著太陽能帆板電池,但由于要長期在軌運行,還是需要消耗燃料來進行軌道維持、誤差修正、調整姿態以及應急變軌等“動作”,確保不會因為地球重力不均勻、太陽風、上層大氣的阻力等各種微小的因素導致衛星發生偏移。

                    為了軌道維持需要攜帶足夠的燃料,但又得控制衛星整體不能“超重”,讓人造衛星設計工作面臨著兩難境地。有些衛星本身性能、元器件都完好無損,僅僅是因為燃料耗盡后無法繼續在軌運行,就只能脫離軌道進入大氣層焚毀或與其他航天器相撞,形成大量的太空垃圾。 現在圍繞地球軌道運行的太空垃圾越來越多,其中許多都是人造衛星產生的。 比如,美國于1958年發射的“尖兵1號”人造衛星報廢后至今仍在其軌道上運行,是軌道上現存歷史最長的太空垃圾。 這些為數眾多的殘骸垃圾對空間環境是一種污染,也增加了宇宙航行等空間活動的危險性。

                    一顆人造衛星造價數億美元,有的甚至高達幾十億美元,如果僅因燃料耗盡就要報廢,著實劃不來。如果能夠在太空為其補加燃料, 由此帶來的經濟效益將十分可觀。 測算表明,為處于靜止軌道上的衛星每補給60 千克燃料,即可延長壽命12個月。正因如此,衛星在軌加注燃料一直是國際航天領域的研究熱點。

                    然而“太空加油”畢竟是一大技術難題。 首先,現在的衛星設計都是以一次性使用為前提的,補加燃料的可行性不大。 今后的衛星如果需要進行在軌補加燃料, 在設計之初就需要安裝一套較為復雜的加注系統,這也會占用一定的衛星有效載荷。 其次,限于目前的技術條件和成本控制能力,給在軌運行的衛星補加燃料,其成本可能比重新發射一顆衛星低不了多少,而且在交會對接以及加注過程中一旦發生意外將損失慘重。

                    雖然目前看來“太空加油”計劃困難重重,但未來的應用價值絕不可低估,值得我們關注與期待。 僅僅從技術成熟性和安全可靠性來說,解決這一技術難題只是時間問題。衛星在軌加注燃料需要先進的自動交會對接系統和空間機械臂類的捕獲裝置, 目前人類已經掌握了這些技術。問題的關鍵在于如何加強風險控制,尤其是怎樣避免加注過程中燃料容易發生泄漏等潛在的風險。

                    但是,畢竟“太空加油”技術一旦被廣泛采用,將會大大改變未來衛星和飛船等航天器的設計理念,太空開發的成本也將有效降低,同時還能減少太空垃圾的數量。 此外,先進的自動交會對接系統和空間機械臂捕獲技術,還可以服務于未來的行星防御和大型軌道結構的安裝。 

                    添加燃料延長使用期限

                    近年來, NASA提出了一系列雄心勃勃的太空探索計劃——讓宇航員于2025年登上小行星,于2030年登上火星……然而宇航員登陸小行星往返至少需要6個月,登陸火星所需時間則更長。 目前所有航天器能夠攜帶的燃料都無法完成如此長時間的飛行,必須在地球軌道或其他星球(如月球)上建立“太空加油站”,為航天器補充燃料。 NASA稱太空加油站為“油庫”,可以給飛往月球、小行星或火星的飛行器重新補充燃料。與研發新火箭發射系統相比,打造太空加油站能夠節省800億美元(約合5559億元人民幣)。

                    NASA 的一些研究小組致力于研究軌道燃料加注項目,期望使用陸基遠程機器人轉移氧化劑測試項目中所取得的技術成果, 以及應用基于國際空間站的機器人加油任務示范,來開發出能在空間進行燃料補給的衛星。 它一旦成功,就能增強地面對在軌衛星的服務能力。

                    研究人員在地面衛星燃料的轉移測試中,全程模擬衛星所處的軌道環境,其中甚至包括壓力的流量。 科學家通過機器人測試如何安全地轉移氧化劑,在此之前,從來沒有人測試過此種類型的氧化劑轉移。 另外,他們還進行了機器人加油任務示范,對通過衛星燃料閥接口為在軌衛星提供服務的可能性進行了驗證。

                    衛星上通常使用的氧化劑是四氧化二氮,這是一種非常危險的化學物質,有毒性,腐蝕性強,在轉移過程中必須非常小心,稍有不慎就會導致加注失敗,甚至造成衛星失效。

                    201 18月, NASA將備受矚目的“太空加油站”項目列入計劃。 該項目投資240萬美元(約合1668萬元人民幣),側重于查找現有技術的缺失,并對相關技術進行追蹤和培育,最終通過飛行任務對相關成果進行測試和篩選。 NASA與分析力學聯合公司、鮑爾航天科技公司、波音公司和洛克希德·馬丁空間系統公司簽訂了研發合同,這4家公司都將參與確定相關的概念,并就如何在太空中儲存和運輸燃料展開研究。

                    建設“太空加油站”絕非易事。目前的火箭推進燃料都需要在低溫下保存,稍有不慎,就有可能導致燃料汽化,造成重大安全事故。有科學家指出,能否以最小的汽化損失將液態氫和液態氧這一類低溫推進劑進行長時間保存,將是決定人類能否實現深空探索的關鍵。

                    為了實現這一目標,在“阿特蘭蒂斯號”航天飛機的最后一次飛行任務中, NASA研究人員特意對機器人加油任務進行了測試。 他們將一個衛星模型安裝在了國際空間站的兩臂機器人“德克斯特” (Dextre)上。在此后的實驗中,它在地面工作人員的指揮下,使用幾種特殊工具完成了“填充”模擬燃油的測試。 NASA稱,這項實驗表明,宇航員有望在無需太空行走的條件下為航天器裝載燃料。 

                    Restore-L負責補充燃料

                    根據 NASA的計劃,打造 Re- store-L航天器的部分工作將交由總部設在美國加州的衛星制造商Space Systems LoralSSL)來完成。 不久前, NASA已經和該公司簽訂了一份1. 27億美元(約合8. 83億元人民幣)的合同。 SSL公司的任務是在未來35年內建造可為衛星補充燃料的 Restore-L無人航天器,以及承擔相關測試、發射與操作任務,并保持其正常運行。

                    至于“Restore-L”項目的管理,則由 NASA戈達德航天中心設立的衛星保養項目部負責。 該部副主任弗蘭克·切波利納表示:“Restore-L將有效打破一次性航天器的陳規,用新的方法管理、升級、延長成本高昂的在軌國家資產使用期限,為實現更具彈性、效率和成本效益的太空操作帶來更多選擇?!?/span>

                    按照計劃, Restore-L將裝配一條靈巧的機械手臂,保證它不僅能補充燃料,而且在必要的時候還能執行修理甚至是收集殘骸的工作。 Restore-L飛船項目確定之后,新的衛星在設計時將考慮兩者的兼容性,這意味著新的衛星將搭配簡易的升級裝備和簡單的燃料補充系統。

                    NASA預計, Restore-L航天器將于2020年發射升空并投入使用,為衛星提供服務和補充燃料,而且,即使是那些設計時并未考慮過與 Re- store-L飛船進行對接的衛星也能夠享受到相關服務, 延長工作壽命。

                    1999415日發射升空的美國“陸地衛星-7”是陸地探測系列衛星,它將成為 Restore-L無人航天器的首個服務用戶?!瓣懙匦l星-7”裝備有“ETM+”,這是一種增強型專題制圖儀,能夠被動感應地表反射的太陽輻射和散發的熱輻射。由于有8個波段的感應器,“陸地衛星-7”可以覆蓋從紅外到可見光的不同波長范圍。 此外,它每天能夠捕獲和傳輸多達532 張地球照片,讓科研人員獲得連續的數據記錄。 屆時, Restore-L將自動移動至“陸地衛星-7”所在軌道附近,用機械臂將其牢牢抓住,加完油之后再釋放、重置。  “陸地衛星- 7”的工作周期將會因此遠超最初設計。

                    一旦 Restore-L無人航天器成功運行,衛星發射的相關成本就會明顯降低。 在發射時,衛星再也不必裝載沉重的燃料,也不需要一次性攜帶所有設備,這些都可通過 Restore-L 航天器補充運送。

                    科學家設想,未來的某一天甚至有可能讓一個巨大的“太空燃料罐”在地球軌道運行,這樣 Restore-L就能夠在進行下一次燃料補給任務時到它那里加滿燃料。 而且像 Re- store-L這些專門的航天器,甚至可以協助修理或是轉移現有衛星的軌道,讓許多老舊的衛星能夠在其他地方以別的用途重獲新生。 這不但能大幅縮減發射成本,還可減少太空垃圾的數量。

                    未來,當 Restore-L、“太空加油站”、“太空燃料罐”等都一一出現時,人類在太空的活動半徑將會大大擴展,更深邃的宇宙空間也將被我們緩緩打開。 

                    太空垃圾

                    太空垃圾是指宇宙中已失去作用的人造天體,由世界各國發射的大約4600枚火箭所攜帶的6000顆人造衛星產生。 其中包括已廢棄的衛星本體、被遺棄的運載火箭推進器殘骸、儀表艙里掉出的防護罩殼,以及翻滾衛星上灑落的碎片 、散落的零件和爆炸后產生的碎片等。 據統計,現在太空上直徑大于1厘米的空間碎片數量超過11萬個,而大于1 毫米的空間碎片多達30余萬個,共有4500多噸太空垃圾殘留在地球軌道上。

                    上一篇:2025年的智能家居
                    下一篇:抑郁癥,一場嚴重的“情緒感冒”
                    ©2011-2020 版權所有:中國數字科技館
                    未經書面許可任何人不得復制或鏡像
                    京ICP備11000850號 京公網安備110105007388號
                    信息網絡傳播視聽節目許可證0111611號
                    國家科技基礎條件平臺
                    久久这里只精品国产免费99热4_一起射久久_久久在线视频_日日天天夜夜久久_日日扞夜夜燥国产